Типы подвесок с электронным управлением

 

1. Типы подвесок  с электронным управлением

 

Компромиссом между комфортом  и безопасностью (управляемостью) может  являться конструкция амортизатора с возможностью регулирования его  жесткости.

Существует два основных вида таких  амортизаторов. Первые позволяют изменять свои характеристики только в статике, когда автомобиль неподвижен. Некоторые  для этого вообще приходится снимать  с корпуса (яркий пример – амортизаторы голландской фирмы KONI). Второй вид  – амортизаторы, изменяющие свои характеристики в движении. Как правило, они управляются  автоматически, без участия водителя.

Регулирование может осуществляться в зависимости от нагрузки на ось  автомобиля, от скорости его движения, от дорожных условий, от температуры  окружающего воздуха и самого амортизатора или от всех условий  вместе. В таком случае автомобиль оснащают соответствующими датчиками  и блоком управления, подающим команды  на исполнительные устройства.

Причем система управления может  быть не только электронной, но и пневматической и даже гидравлической.

Есть и более простые решения. Такие компании, как BOGE и MONROE, выпускают  амортизаторы, у которых на внутренней поверхности рабочего цилиндра имеется  калиброванная вертикальная канавка  переменного сечения. Масло по ней  может перетекать из одной полости  резервуара в другую, минуя клапанную систему поршня. В средней части цилиндра, именуемой «зоной комфорта», проточка имеет постоянное сечение. На этом отрезке поршень совершает незначительные плавные перемещения, обусловленные движением автомобиля по гладкой и прямой дороге.

Когда характер поверхности трассы меняется и колесо попадает в выбоину, поршень перемещается уже на значительное расстояние и попадает в зону цилиндра, где канавка предусмотрительно  начинает сужаться, а затем исчезает вовсе. В этой зоне соответственно и  сопротивление амортизатора резко  возрастет.

В общем, какая бы конструкция амортизатора ни применялась для автоматической регулировки характеристик амортизатора, она призвана, в зависимости от профиля дороги и характера движения автомобиля, отдавать предпочтение либо управляемости, либо комфорту.

 

 

2.Подвески с электронным управлением

 

За счёт изменения основных демпфирующих свойств амортизатора, электронная  подвеска способна увеличить основные характеристики устойчивости, а также  управляемости автомобилем. В общей  сложности, существует всего три (в  определенных случаях, два) уровня жесткости: 1) Мягкий – в этом  случае электроника полностью  выключается, и машина при этом идёт мягко, как бы "поглощая" все неровности, имеющиеся на трассе. Так, в условиях стандартной езды рекомендуется применение данного режима, в первую очередь, потому, что любые удары через мягкую подвеску, которые будут передаваться посредством сайлент-блоков, и, кроме того, шаровых опор на кузов, будут намного меньшей силы, а значит, именно эти шаровые и сайлент-блоки прослужат вам намного дольше. 2) Спортивный – электроника,  в данном случае, получает всю  необходимую информацию от датчиков, после чего адекватно реагирует,  корректируя при этом жесткость  конкретных амортизаторов, обеспечивая  тем самым лучшую устойчивость  и управляемость автомобилем.  Так, включая данный режим,  вы можете заметить, как автомобиль  из плавного представительского  класса превращается в настоящий  спортивный гоночный автомобиль, со всеми вытекающими последствиями. 3) Автоматический - данный  режим объединяет в себе оба  предыдущих - при плавной езде  подвеска начинает функционировать  в мягком плавном режиме, однако, в случае, если повысить скорость, в автоматическом режиме будет  включен спортивный режим. Следует  отметить, что данный режим включается  и при больших кренах в поворотах,  а также при сильном раскачивании  автомобиля. Кроме того, режим активируется  и в том случае, если имел  место резкий разгон или торможение. На всех дорогих современных  японских автомобилях используется специальная пьезокристаллическая электронная система управления подвеской. В частности, в отличии от обычных систем подобного типа, датчики, в секунду реагируют на характер движения авто, и, как следствие, быстродействие систем подобного рода увеличивается. У разных производителей авто, электронные подвески обозначаются по-своему: - у NISSAN - " DUET - SS " - у TOYOTA - " TEMS " - у MITSUBISHI - " ACTIVЕ ECS " - у MAZDA - " ASA " Как бы то ни было, все они, несмотря на разные названия и типы, служат одной единой цели - повышению  управляемости и устойчивости автомобиля, и, как следствие, безопасности движения и предотвращения ДТП.

 

 

          Схема гидропневматической подвески Hydractive 3

Гидроэлектронный блок, резервуар  рабочей жидкости, передние стойки, задние цилиндры, регуляторы жесткости  образуют гидравлическую систему подвески. В гидравлическую систему также включен контур гидравлического усилителя рулевого управления. В ранних версиях подвески гидравлическая система объединяла контур тормозной системы автомобиля. В подвеске Hydractive 3 тормозная система независима.

Гидроэлектронный блок (гидротроник) обеспечивает необходимое количество и давление рабочей жидкости в гидравлической системе подвески. Он объединяет электродвигатель, аксиально-поршневой насос, электронный блок управления, электромагнитные клапаны регулирования высоты кузова, запорный клапан (предотвращает опускание кузова в нерабочем состоянии), предохранительный клапан. Электронный блок управления и электромагнитные клапаны являются элементами системы управления подвески.

Резервуар рабочей жидкости располагается непосредственно над гидроэлектронным блоком. В подвеске Hydractive 3 используется рабочая жидкость LDS (оранжевый цвет), пришедшая на смену жидкости LHM (зеленый цвет).

Стойка передней подвески объединяет гидроцилиндр и гидропневматический упругий элемент, между которыми расположен амортизаторный клапан, обеспечивающий гашений колебаний кузова.

Гидропневматический упругий элемент представляет собой металлическую сферу, которая внутри разделена эластичной многослойной мембраной. Над мембраной находится сжатый газ – азот, под мембраной – специальная жидкость. Жидкость передает давление в системе, а газ выступает упругим элементом.

На подвеске Hydractive 3+ устанавливается  по одному упругому элементу на каждое колесо и по одной дополнительной сфере на каждую ось. Применение дополнительных упругих элементов значительно  расширяет параметры регулирования  жесткости подвески. Современные  сферы имеют серый цвет и сохраняют  работоспособность в пределе 200000 км пробега.

Гидравлические цилиндры предназначены для нагнетания жидкости в упругие элементы и регулирования высоты положения кузова относительно дорожного покрытия. Гидроцилиндр снабжен поршнем, шток которого соединен с соответствующим рычагом подвески. Задние гидропневматические цилиндры по конструкции аналогичны передним стойкам, но расположены под углом к горизонтальной плоскости.

Регулятор жесткости служит для изменения жесткости подвески. Он включает электромагнитный клапан регулирования жесткости, золотник, два дополнительных амортизаторных клапана. На регуляторе жесткости закреплена дополнительная сфера. Регулятор жесткости устанавливается на передней и задней подвеске. В мягком режиме подвески регулятор жесткости объединяет все гидропневматические упругие элементы между собой, при котором достигается максимальный объем газа. Электромагнитный клапан при этом обесточен. При подаче напряжения на электромагнитный клапан включается жесткий режим подвески, при котором стойки, задние цилиндры и дополнительные сферы изолируются друг от друга.

Система управления гидропневматической подвески включает входные устройства, электронный блок управления и исполнительные устройства.

К входным устройствам относятся  входные датчики и переключатель  режимов работы. Входные датчики  преобразуют соответствующие характеристики в электрические сигналы. В гидропневматической  подвеске Hydractive 3 используются датчики  положения кузова по высоте и угловой датчик рулевого колеса. Датчик положения кузова по высоте представляет информацию о средней высоте кузова. На автомобили Citroen устанавливается 2 или 4 таких датчика. Угловой датчик рулевого колеса измеряет направление и скорость вращения рулевого колеса. Переключатель режимов работы обеспечивает ручное (принудительное) регулирование высоты кузова и жесткости гидропневматической подвески.

Электронный блок управления  принимает сигналы от входных устройств. обрабатывает их в соответствии с заложенной программой и формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства. В своей работе электронный блок управления взаимодействует с системой управления двигателем, анти блокировочной системой тормозов.

К исполнительным устройствам системы  управления подвески Hydractive 3 относятся:

электродвигатель насоса;

электромагнитные клапаны регулирования  высоты;

электромагнитные клапаны регулирования  жесткости;

электрический корректор фар.

Электродвигатель под управлением  изменяет скорость вращения, соответственно изменяется производительность насоса и давление в системе. В подвеске Hydractive 3 используется 4 электромагнитных клапана регулирования высоты - два  на переднюю подвеску (впускной и выпускной) и два на заднюю подвеску (впускной и выпускной). Электромагнитные клапаны регулирования жесткости расположены в регуляторах жесткости.

Гидропневматическая подвеска Hydractive 3 обеспечивает:

автоматическое регулирование  дорожного просвета;

автоматическое регулирование  жесткости;

принудительное изменение дорожного  просвета и жесткости.

 

Автоматическое регулирование  дорожного просвета осуществляется в зависимости от скорости движения автомобиля, качества дорожного покрытия и стиля вождения конкретного человека. При движении по автомагистрали со скоростью более 110 км/ч высота кузова автоматически снижается на 15 мм. При плохих дорожных условиях и скорости ниже 60 км/ч клиренс автоматически увеличивается на 20 мм. В автомобиле автоматически поддерживается определенная высота кузова независимо от нагрузки (загрузки). Высота подъема кузова определяется объемом специальной жидкости, циркулируемой в контуре системы. Объем жидкости дозируется регулятором положения кузова. Работа гидропневматической подвески обеспечивает сохранение заданного уровня пола кузова при перемещении колес по неровному дорожному покрытию.

 

Автоматическое регулирование  жесткости подвески реализовано в расширенной версии подвески Hydractive 3+. Изменение режимов жесткости производится в зависимости от характера движения (ускорение, торможение, движение по прямой, в поворотах). Для принятия решения используются следующие параметры: скорость автомобиля, продольное и поперечное ускорение, изменение высоты. угол и скорость поворота рулевого колеса, изменение крутящего момента, изменение давления в тормозной системе. В зависимости от условий система автоматически воздействует на электромагнитный клапан регулятора жесткости и приводит подвеску в жесткий или мягкий режим. Изменение жесткости осуществляется как для отдельного упругого элемента (при повороте автомобиля), так и всей системы (при прямолинейном движении).

В конструкции гидропневматической  подвески предусмотрено принудительное (ручное) изменение дорожного просвета, что в конкретных условиях обеспечивает преодоление препятствий, а также удобство погрузки (выгрузки) и уборки автомобиля. В расширенной версии подвески Hydractive 3+ вручную можно изменять и жесткость подвески.

 

Автоматическое управление амортизатором  заключается в изменении сопротивления  перетеканию жидкости в амортизаторах  путем изменения диаметров жиклеров или вязкости жидкости. Наиболее типичными  функциями амортизатора являются противодействие  оседанию автомобиля при резких ускорениях и переключениях передач, «нырянию»  при резком торможении, крену при  резких поворотах и др. Изменение размеров пропускного отверстия выполняется чаще с помощью электродвигателя или соленоида, а в некоторых случаях - электродвигателем соленоида. 
Обычно предусматриваются три режима регулировки сопротивления амортизатора: малое, среднее и большое. Для изменения сопротивления амортизатора при поворотах автомобиля необходимо знать положение рулевого колеса. Поэтому на валу рулевого колеса устанавливается датчик, который реагирует не только на угол поворота, но и на направление поворота. 
Электронный блок управления силой сопротивления амортизаторов выполняется на цифровых схемах (рис.1). Все входные сигналы являются цифровыми и поступают в микроЭВМ через схемы входной обработки, формирующие сигналы. Выходные сигналы ЭБУ подаются на исполнительные механизмы управления режимами работы амортизаторов и на индикаторы, показывающие уровень силы сопротивления. Эти сигналы поступают через схемы выходной обработки от микроЭВМ. 
В схемах управления исполнительными механизмами предусматриваются средства обеспечения работоспособности при появлении ошибок от выбросов напряжения и защита от перегрузки по току. 
Источники питания преобразуют напряжение бортовой сети в напряжение 5 В, необходимое для работы интегральных схем. 
Выполнение основной программы занимает ~ 4 мс. За это время ЭВМ обрабатывает входные сигналы от датчиков и подает выходные сигналы на исполнительные механизмы. Чем короче время выполнения основной программы, тем выше быстродействие ЭБУ.

 

Рис.1. Структурная схема  ЭБУ

 
Такой принцип управления амортизатором  используется в активной гидропневматической  подвеске Hydractive, какой уже оснащен  французский легковой автомобиль «Citroen-XM» (рис.2). Основой подвески Hydractive является все тот же гидропневматический  упругий элемент (рис.3) на каждом колесе, апробированный на автомобилях «Citroen-BX»  и «Citroen-CX». Он состоит из гидропневматического баллона 5, разделенного эластичной мембраной, в верхней полусфере которого находится газообразный азот, а в  нижней - жидкость (масло LHM), и цилиндра 3, также заполненного жидкостью, со скользящим в нем полым поршнем 2. 
Шток поршня соединен с поперечным рычагом передней подвески или продольным - задней. На ходе сжатия жидкость под воздействием поршня поступает через гидроамортизатор 4 в баллон и сжимает газ за мембраной. Сжатый газ работает как пружина. Повышенные ездовые качества автомобиля «Citroen-XM» связаны с работой его подвески в двух режимах - «мягком» и «жестком». «Мягкий» режим обеспечивает комфортабельность и удобство управления. При этом подвеска обладает большей гибкостью и умеренной амортизацией. «Жесткий» режим улучшает устойчивость автомобиля и безопасность. Подвеска в этом случае характеризуется меньшей гибкостью, но лучше защищает пассажиров и водителя от неблагоприятных воздействий качки, толчков и рывков на неровной дороге. 

 

 

 

Рис.2. Принципиальная схема гидропневматического баллона активной гидропневматической подвески: 
1 - рычаг подвески; 2 - цилиндр; 3 -гидролневматический баллон; 4 - поршень

Рис.3. Принципиальная схема активной гидропневматической подвески («мягкий»режим):

1 - рычаг подвески; 2 - поршень; 3 - цилиндр; 4 - гидроамортизатор; 5 - гидропневматический  баллон; 6 - кран (открыт); Б и Г - соответственно дополнительные  гидропневматический баллон и  гидроамортизатор.

 
Подвеска  переводится в «жесткий» режим  в результате отключения гидроамортизатора краном (регулятор жесткости). При этом уменьшается ее гибкость (меньше объем газа), следовательно, увеличивается амортизация (жидкость проходит через одно отверстие). 
Электронное управление регулятором жесткости осуществляет микропроцессор 6 (рис. 4), который получает информацию от датчиков 7 угла поворота и угловой скорости рулевого колеса, положения педали подачи топлива, давления в тормозной системе, крена кузова, скорости автомобиля. 
В память микропроцессора заложен ряд предельных параметров и их сочетаний, определенных на основе продолжительных испытаний автомобилей «Citroen-CX». Эти данные сравнивают с получаемой от датчиков информацией, и микропроцессор выбирает соответствующий режим подвески. Причем гидравлическая система включается немедленно (время срабатывания менее 0,05 с), опережая динамическую реакцию автомобиля, что особенно важно при быстрой езде по извилистой дороге. На автомобиле «Citroen-XM» помимо обычных двух гидропневматических баллонов и двух гидроамортизаторов каждого моста дополнительно устанавливаются один гидропневматический баллон и два гидроамортизатора. Дополнительный гидропневматический баллон позволяет изменить массу газа гидропневматического упругого элемента каждого колеса и, таким образом, регулировать гибкость подвески моста. Два дополнительных гидроамортизатора (баллона) 2 изменяют сечение отверстий, через которое проходит жидкость и тем самым влияют на амортизацию. 
По командам микропроцессора регулятор жесткости при помощи электроклапана 9 подключает или отключает третий гидропневматический баллон и два гидроамортизатора, выбирая режим подвески: «мягкий» (три гидропневматических баллона, четыре гидроамортизатора) или «жесткий» (два гидропневматических баллона, два гидроамортизатора). 
«Мягкий» режим подвески: при подключенном питании электроклапан открывает доступ к высокому давлению из главного аккумулятора в трубки питания регуляторов жесткости. При этом давление в рабочей системе равно давлению в главном аккумуляторе. Золотник регуляторов жесткости соединяет три гидропневматических баллона 3 и 5. Жидкость циркулирует от гидроцилиндров подвески к баллонам через гидроамортизаторы 2 и 4 и обратно.«Жесткий» режим подвески: при отключенном питании электроклапан 9 закрыт, трубки питания регуляторов жесткости соединены, жидкость циркулирует с возвратом в бак. При этом давление равно нулю. Золотник регуляторов жесткости находится в положении, препятствующем прохождению жидкости между двумя основными и дополнительными гидропневматическими баллонами.